夏鵬輝，吳景春，吳松艷，隋殿雪（.東北石油大學(xué)，黑龍江大慶6338；.大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠第五油礦，黑龍江大慶6338）

新型乳化壓裂液及影響因素分析

夏鵬輝1，吳景春1，吳松艷1，隋殿雪2
（1.東北石油大學(xué)，黑龍江大慶163318；2.大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠第五油礦，黑龍江大慶163318）

該壓裂液以白油為分散介質(zhì),使用油酸/span-60/tween-80=1∶3∶1復(fù)配乳化劑，乳化劑為油=1∶10,以偶氮二異丁腈（AIBN）、DTPA、叔丁基過氧化氫、Na2PO3等為引發(fā)劑，在一定引發(fā)條件下發(fā)生聚合反應(yīng)并得到乳狀聚合物。乳液在較長時間內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)，乳液反應(yīng)過程穩(wěn)定不破乳，生成穩(wěn)定油包水型乳液聚合物。以O(shè)P-10為反相劑，利用反相劑破乳后聚合物粘度、攜沙性能均優(yōu)于同濃度其他壓裂液。該壓裂液配置簡單方便，六秒內(nèi)可完全溶解，現(xiàn)場操作簡單。

低滲透；壓裂液；提高采收率；乳狀液；水包油

石油是現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展的重要原材料，隨著油田開發(fā)進(jìn)入中后期，各種性質(zhì)較差的油汽層也被人們納入開采范圍。其中低滲透油氣層所占比例較高。滲透率低是低滲透油氣層的開發(fā)的主要問題之一，為了提高低滲透油氣層的孔隙度人們常常使用各種壓裂方法。其中最早使用的是水力壓裂。常規(guī)壓裂液主要包括水基壓裂液、油基壓裂液、醇基壓裂液。

由于開發(fā)地層的低滲透性，必須采取酸化、壓裂等措施提高地層滲透率。在壓裂作業(yè)的進(jìn)行過程中需要依次注入前置液、攜砂液、頂替液，其中頂替液一般是具有良好流動性、降濾失性、抗溫和耐鹽性等。頂替液是支撐被壓裂地層的重要組成部分[1]。目前，油田使用壓裂液主要有水基凍膠壓裂液，低聚物壓裂液[2]。上世紀(jì)60年代油氣藏開發(fā)使用的壓裂液以油基壓裂液為主，油基壓裂液包括油包水壓裂液和乳液壓裂液。70年代至80年代中期則以水基壓裂液為主，由于地層水敏性，水基壓裂液會引起黏土膨脹和巖石孔隙堵塞的問題。所以對于水敏地層現(xiàn)場多使用的油基壓裂液。90年代開始泡沫壓裂液逐漸在油氣藏開發(fā)中占據(jù)較高比例，在壓裂液發(fā)展過程中乳液壓裂液和清潔壓裂液被視為壓裂液技術(shù)的重大突破[3]。但清潔壓裂液攜砂能力和耐溫性能較弱且成本較高，所以不適合現(xiàn)場大范圍使用。油基壓裂液主要包括乳化壓裂液和油包水壓裂液。油包水壓裂液由油外相、親油乳化劑、稠化水組成。油包水壓裂液主要有粘度大、摩阻低、降濾失性強(qiáng)、方便配置等優(yōu)點(diǎn)。乳化壓裂液適用于水敏、低壓地層，其中油包水型壓裂液的耐溫、耐剪切性強(qiáng)，且攜砂能力較強(qiáng)，有很大的發(fā)展空間[4]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與材料

SYP3007B-1石油和合成液抗乳化性能試驗(yàn)器（上海石油儀器廠）;RV20型旋轉(zhuǎn)粘度計（西德HAAKE公司）;ZNN-D6型六速旋轉(zhuǎn)粘度計（青島照相機(jī)總廠）;高溫高壓靜態(tài)濾失儀（美國Baroid公司）;高溫高壓巖心流動裝置;毛細(xì)管粘度計（天津市布魯克科技有限公司）。HH-1數(shù)顯恒溫水浴鍋（金壇市良友儀器有限公司）；HH-1數(shù)顯恒溫油浴鍋（金壇市良友儀器有限公司）；熱風(fēng)循環(huán)烘箱（吳江韻達(dá)設(shè)備有限公司）；立式攪拌器（北京亞歐德鵬科技有限公司）；DE-100LB實(shí)驗(yàn)室高剪切乳化機(jī)（南通克萊爾儀器有限公司）。

丙烯酸（南通潤豐石油化工有限公司）;丙烯酰胺（任丘市碩達(dá)化工有限公司）；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（山東壽光市松川工業(yè)助劑有限公司）；NaOH（北京康普匯維科技有限公司）；無水NaAc（北京鵬彩化工有限公司），所有藥品均為分析純；白油（辛集市浩瑞石化有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

1.2.1 溶液配置油包水壓裂油外相可以采用原油、柴油、白油等成品油，本文油外相用的是低號白油，因?yàn)榘子烷W電較高且價格較低。從安全施工角度我們選擇白油做油外相。乳化劑采用自制復(fù)配乳化劑，其HLB值在4左右。以白油為分散介質(zhì)，將一定量偶氮二異丁腈溶于白油，再將m油酸∶mspan60∶mtween80=1∶3∶1復(fù)配乳化劑溶于白油，乳化劑∶油=1∶10，溶解后油相呈黃色。將定量NaOH配成30%水溶液，待溶液溫度降至15℃時開始加入丙烯酸，該過程中要求溫度低于25℃。丙烯酸全部中和后加入一定量丙烯酰胺，丙烯酰胺量約為丙烯酸的二倍，攪拌直至丙烯酰胺全部溶解。在加入一定量的無水醋酸鈉和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。調(diào)節(jié)pH值為7。最后將一定量DTPA、叔丁基過氧化氫、次亞磷酸鈉加入水溶液中。待兩種溶液準(zhǔn)備完畢，用高剪切乳化機(jī)制備出粘度約為1000mPa·s的油包水乳狀液[4]。

1.2.2 反應(yīng)過程將乳化完畢的乳狀液置于反應(yīng)釜中，攪拌速度為400r·s-1,通入高純N230min后開始滴加1%焦亞硫酸鈉溶液進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)起始溫度為15～17℃，反應(yīng)過程嚴(yán)格控制溫度以0.3℃·min-1速度上升，然后將反應(yīng)釜置于恒溫水浴中連續(xù)反應(yīng)4h。以上控溫方案會依據(jù)原材料性質(zhì)以及乳化體系的穩(wěn)定性的變化而變化。反應(yīng)完成后加入一定量反相劑OP-10反相[5]。

2 結(jié)果與分析

壓裂過程中，要求壓裂液具有高的攜帶支撐劑的能力、低的摩阻力及在不同的幾何空間、不同的流動狀態(tài)下優(yōu)良的承受破壞的能力。在一定乳化體系和引發(fā)體系下，該壓裂液的主要影響因素為體系的pH值、丙烯酸含量等。本文將對體系pH值和丙烯酸含量對反應(yīng)的影響進(jìn)行分析。

2.1 pH值的影響

2.1.1 pH值對黏度的影響取100mL自來水，用量程為5mL的注射器取2mL乳狀聚合物，邊攪拌邊加入乳狀聚合物，6s內(nèi)乳狀聚合物完全破乳，充分溶解后分別在25、45、60、80、100、120℃用RV3旋轉(zhuǎn)粘度計測定剪切速率為170s-1時壓裂液度隨溫度的變化。

圖1 黏度隨溫度的變化Fig.1 Variation of viscosity with temperature

由圖1可知，不同情況下所得壓裂液的粘度隨溫度變化趨勢，pH值為7時，聚合產(chǎn)物的粘溫性能最好。

2.1.2 pH值對攜砂性能的影響取100mL自來水，用量程為5mL的注射器取2mL乳狀聚合物（1000），邊攪拌邊加入20mL實(shí)驗(yàn)砂，攪拌均勻倒入100mL量筒內(nèi)，靜止觀察。

圖2 攜砂性隨時間的變化Fig.2 Variation of sand carrying time

如圖2所示，不同pH值條件反應(yīng)得到的乳液聚合物攜砂能力不同，pH值為7時產(chǎn)物攜砂能力最強(qiáng)?？蛇_(dá)到3d天不脫砂。5d內(nèi)仍具有現(xiàn)場可操作性。

2.2 丙烯酸含量的影響

2.2.1 丙烯酸含量對黏度的影響在溫度為25℃時，測量以丙烯酸含量分別為1/6、1/5、1/4、1/3、1/2、, pH分別為6、6.5、7、7.5、8時制得乳狀聚合物（1000ppm）的黏度，進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。

圖3 AA含量對黏度的影響Fig.3 Effect of AA contenton viscosity

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：AA占單體含量1/2時壓裂液黏度最大。

2.2.2 丙烯酸含量對攜砂的影響體系其他條件相同情況下，丙烯酸含量分別為1/6、1/5、1/4、1/3、1/2、1/1時制得乳狀聚合物，觀察攜砂性能的變化。

圖4 AA含量對攜砂性能的影響Fig.4 Effectof AA contenton sand carrying performance

通過上述實(shí)驗(yàn)可知，在丙烯酸（AA）含量為50%時，產(chǎn)物攜砂抗剪切能力最強(qiáng)，所以實(shí)驗(yàn)中我們使用50%丙烯酸。

2.3 Na2SO3提高壓裂液稠化劑高溫穩(wěn)定性

隨著鉆入深度的增加地層溫度越來越大。為了提高壓裂液稠化劑粘溫性，可加入一些可以提高壓裂液稠化劑高溫穩(wěn)定性的添加劑。研究方向主要有添加適量還原劑消耗地層中的氧，減少聚合物高溫氧化降解，從而提高壓裂液稠化劑高溫穩(wěn)定性。常用還原劑為NaHSO3、Na2SO3等。也可通過加入低聚合度酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂等物質(zhì)，使其與聚合物形成線性交聯(lián)，從而達(dá)到提高壓裂液稠化劑高溫穩(wěn)定性的目的。本實(shí)驗(yàn)使用Na2SO3，將不同量Na2SO3溶入濃度相同的乳狀液溶解后的水溶液中，測量不同溫度下水溶液粘度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 酚醛樹脂對聚合物高溫穩(wěn)定性的影響Tab.1 Effect of phenolic resin on high temperature stability of polymer

由表1可知，酚醛樹脂對聚合物高溫穩(wěn)定性的影響，對聚合物高溫穩(wěn)定性有一定的影響，且隨著Na2SO3含量的變化聚合物的高溫穩(wěn)定性有明顯變化。在Na2SO3含量為60×10-6時聚合物穩(wěn)定性最佳，Na2SO3含量過低或過高都不利于提高聚合物穩(wěn)定性。

3 結(jié)論與建議

（1）由上述實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)丙烯酸含量為單體含量的50%時，壓裂液抗剪切性能最強(qiáng)。

（2）該體系穩(wěn)定，破乳快，方便現(xiàn)場施工方便。壓裂液中的聚丙烯酰胺能有效降低摩阻。

（3）在溶解完全的壓裂液聚合物中加入適量Na2SO3可有效提高壓裂液的抗高溫性。

（4）現(xiàn)場施工時在體系中加入適量細(xì)沙，在很大程度上降低壓裂液的慮失性、提高液體效率。所有的水中都含有一定細(xì)菌，為防止細(xì)菌侵襲有機(jī)聚合物、損壞和降低黏度，現(xiàn)場施工過程中可加入適量1227殺菌。

［1］趙福麟.采油用劑［M］.東營：石油大學(xué)出版社，1997.68-79.

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Formula of a new type of emulsion fracturing fluid and analysis of its influencing factors

XIA Peng-hui1,WU Jing-chun1，WU Song-yan1，SUIDian-xue2
（1.Northeast Petroleum University,Daqing163318，China；2.No.4 Oil Extraetion it Plant，Daqing Oilfield Co.,Ltd.,Daqing 163318,China）

The fracturing fluid with white oil as dispersingmedium,using oleic acid/span-60/tween-80=1∶3∶1 emulsifier,emulsifier:oil=1∶10,We take AIBN,DTPA,TBH and SHP as initiator,It leads to polymerization by emulsion polymer under certain conditions.The emulsion is stable and the emulsion is not destroyed in the process of reaction.The stable water-in-oil emulsion polymer can be generated in this reaction.We can use OP-10 as reverse emulsifier.Reaction products with sand performance and shear resistance,temperature resistance are better than other fracturing fluid in the same concentration.Dissolve the fracturing fluid is very simple and convenient, fracturing fluid can be completely dissolved in six secondswith convenience

Low permeability;fracturing fluid;EOR;emulsion;water-in-oil.

TE39

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170744

2017-03-16

夏鵬輝（1988-），男，吉林松原人，在讀碩士研究生，就讀于東北石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，研究方向：提高采收率原理與技術(shù)。

吳景春（1968-），男，教授，博士生導(dǎo)師，博士，主要從事油氣田開發(fā)、提高采收率等方面的理論與技術(shù)研究工作。